JP2016531296A - Ionizing radiation detector that enables consistent digital images - Google Patents
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Abstract
特に探傷、材料検査、生物学、医療等における走査物体の連続的なデジタル画像の生成を可能にする、電離放射線、例えばX線の検出器。検出面(2)は、母材(10)内に配置したモザイク状半導体画素混成検出器区分(3)から形成される。各検出器区分(3)は、センサ層(5)から構成され、センサ層(5)は、階層(7)を形成してチップ・リーダ(6)上に配置され、隣接する検出器区分(3)を係合する。公知の検出器(1)は、画像内に、いわゆるデッド・ゾーンを形成する非反応縁部を有するセンサ層(5)を有する。本発明の本質は、検出器区分(3)のセンサ層(5)がその領域全体にわたって反応性であり、母材(10)が検出器区分(3)位置決め手段を備え、検出器区分(3)の相互の側方間隙を、センサ層(5)の1画素の大きさよりも小さい値に規定することにある。位置決め手段は、好ましくは、移動、固定可能な列(4)支持体(11)を備える。得られた検出面(2)は、その領域全体にわたって反応性であり、デッド・ゾーンのない、連続的なデジタル画像の直接の生成を可能にする。【選択図】図9Detectors of ionizing radiation, for example X-rays, which allow the generation of continuous digital images of scanned objects, particularly in flaw detection, material inspection, biology, medicine, etc. The detection surface (2) is formed from a mosaic semiconductor pixel hybrid detector section (3) arranged in the matrix (10). Each detector section (3) is composed of a sensor layer (5), which is arranged on the chip reader (6) forming a hierarchy (7) and adjacent detector sections ( 3) Engage. The known detector (1) has a sensor layer (5) with non-reactive edges that form so-called dead zones in the image. The essence of the invention is that the sensor layer (5) of the detector section (3) is reactive over its entire area, the matrix (10) comprises detector section (3) positioning means, and the detector section (3 ) Is defined to be smaller than the size of one pixel of the sensor layer (5). The positioning means preferably comprises a row (4) support (11) that can be moved and fixed. The resulting detection surface (2) is reactive over its entire area and allows the direct generation of a continuous digital image without dead zones. [Selection] Figure 9
Description
本発明は、特に探傷、非破壊材料検査、製品品質管理の分野、並びに医療及び生物工学において利用可能である、走査物体の一貫したデジタル画像を生成する電離放射線検出器に関する。 The present invention relates to ionizing radiation detectors that produce a consistent digital image of a scanned object, particularly usable in the fields of flaw detection, non-destructive material inspection, product quality control, and medical and biotechnology.
走査物体の画像を生成する電離放射線検出器、即ちX線、ガンマ線、ベータ線又は他の電離放射線の検出器は、医療、生物学及び生物工学において使用されるのみならず、産業用途でも広く使用されており、産業用途では、検出器は、特に、製品管理のための材料の欠陥検出から、税関並びに警察又は配達品及び輸送物に対する保安検査に至るまで、あらゆる物体に対する非破壊検査手段として使用されている。 Ionizing radiation detectors that generate images of scanned objects, ie detectors of X-rays, gamma rays, beta rays or other ionizing radiation, are not only used in medicine, biology and biotechnology, but also widely used in industrial applications In industrial applications, detectors are used as a non-destructive inspection tool for all objects, especially from defect detection of materials for product management to customs and security inspections for police or delivery goods and packages. Has been.
走査物体の画像は、直接(投写型表示装置)又はコンピュータ処理された検出器からのデータのいずれかによって表示領域に送信され、それにより生じた画像は、適切なコンピュータ・ハードウェア及びソフトウェアを使用して生成する。 The image of the scanned object is transmitted to the display area either directly (projection display) or by data from a computerized detector, and the resulting image uses appropriate computer hardware and software And generate.
表示領域は、多くの形態で存在し、最も古い種類の表示領域は、感光膜である。デジタル化の到来により、最も一般に使用される表示領域は、今や、可視光の範囲内で動作する光検出器(例えばCCD又はCMOSセンサ)と組み合わせたシンチレーション・スクリーン(例えばCsI、Gadox、NaI(TI)、BGO、LYSO)である。これらのシステムは、二重変換の原理を利用する。最初に、放射線をシンチレータ内で可視光に変換し、次に光検出器を使用して電気信号に変換する。次に、電気信号は、適切なハードウェア又はソフトウェアを使用して処理され、これらがスクリーン又は別の媒体上に画像を生成する。 The display area exists in many forms, and the oldest type of display area is a photosensitive film. With the advent of digitization, the most commonly used display areas are now scintillation screens (eg CsI, Gadox, NaI (TI) in combination with photodetectors (eg CCD or CMOS sensors) operating in the visible light range. ), BGO, LYSO). These systems utilize the principle of double conversion. First, the radiation is converted into visible light in a scintillator and then converted into an electrical signal using a photodetector. The electrical signals are then processed using appropriate hardware or software, which produce an image on a screen or another medium.
近年、半導体検出器は、画像化用放射線検出器として次第に使用されるようになっており、半導体検出器は、衝突する放射線が半導体素子内に電気信号を直接生成する場合、単一変換の原理のみで動作する。1つの半導体チップ上には、こうした多数の機能要素(画素)が生成され、画像センサを形成する。各要素からの信号は、最終的な画像を生成する専用のハードウェア及びソフトウェア内で更に処理される。これらの放射線検出器は、半導体画素検出器又はセンサとして公知であり、シリコン、CdTe、GaAs等の異なる半導体材料から製造される。 In recent years, semiconductor detectors have been increasingly used as imaging radiation detectors, and semiconductor detectors have a single conversion principle when the impinging radiation directly generates an electrical signal in the semiconductor element. Only works. A large number of such functional elements (pixels) are generated on one semiconductor chip to form an image sensor. The signal from each element is further processed in dedicated hardware and software that produces the final image. These radiation detectors are known as semiconductor pixel detectors or sensors and are manufactured from different semiconductor materials such as silicon, CdTe, GaAs.
各画素からの電気信号を処理するハードウェアは、電子リーダ・チップと呼ばれ、リーダ・チップと短縮される個々のチップ上に形成されることが多い。半導体画素センサのチップは、通常、チップ・リーダの上に(張り出して)直接置かれ、母材接点でチップ・リーダに電気的に接続される。両方のチップのそのような構成は、分離不可能なユニットを構成し、このユニットは、混成半導体画素検出器又は略して混成検出器と呼ばれる。リーダ・チップは、少なくとも1つの側で、混成検出器による電力及び通信に使用される周縁接点と嵌合される。読取りセンサの周縁領域は、通常、画素センサ・チップによって覆われず、これにより外部導体との接続を可能にする。 The hardware that processes the electrical signal from each pixel is called an electronic reader chip and is often formed on individual chips that are shortened to the reader chip. The chip of a semiconductor pixel sensor is usually placed directly (overhanging) on the chip reader and is electrically connected to the chip reader at a base material contact. Such a configuration of both chips constitutes an inseparable unit, which is called a hybrid semiconductor pixel detector or a hybrid detector for short. The leader chip is mated on at least one side with a peripheral contact used for power and communication by the hybrid detector. The peripheral area of the read sensor is usually not covered by the pixel sensor chip, thereby allowing connection to an external conductor.
混成半導体検出器の例には、Medipix2及びMedipix3の国際共同研究により開発された混成検出器Medipix2、Medipix3及びTimepix、又はPaul Scherrer Instituteで開発した混成検出器Pilatus及びEigerを含む。センサ層の厚さは、典型的には50〜2000μmの範囲内であり、画像化センサは、好ましくは300μm以上の厚さで使用される。センサは、主にシリコン結晶から作製され、それほど頻繁ではないがCdTe又はCd(Zn)Te結晶から作製される。個々の画素は、一般に、1辺が55μm(Medipix2、Medipix3、Timepix)、75μm(Eiger)、172μm(Pilatus)等の正方形である。 Examples of hybrid semiconductor detectors include hybrid detectors Medipix2, Medipix3 and Timepix developed by international collaboration of Medipix2 and Medipix3, or hybrid detectors Pilatus and Eiger developed at Paul Scherrer Institute. The thickness of the sensor layer is typically in the range of 50-2000 μm, and the imaging sensor is preferably used with a thickness of 300 μm or more. Sensors are made primarily from silicon crystals, but less frequently from CdTe or Cd (Zn) Te crystals. Each pixel is generally a square having one side of 55 μm (Medipix2, Medipix3, Timepix), 75 μm (Eiger), 172 μm (Pilatus), or the like.
混成半導体画素検出器に関して、より大型の走査物体の一貫した画像の生成に対する問題が生じる。というのは、1つの混成検出器の検出領域の最大サイズは、その技術的に達成可能な最大サイズによって制限されるためである。リーダ・チップの製造における典型的な技術限界は、cm2単位である(リーダ・チップは、20×20mm2の寸法を有する正方形で成形されることが多い)。より大きな領域では、製造欠陥の確率は、既に高く、製造は非効率的になる。したがって、より大きな検出領域は、いくつかの個々の混成検出器のモザイクとして構成しなければならない。このモザイクの各混成検出器が、より大きな検出領域の1つの区分になる。したがって、以下、用語「検出器区分」は、より大きな検出領域の一部である混成検出器を示すことになる。 With hybrid semiconductor pixel detectors, problems arise with the generation of a consistent image of larger scanned objects. This is because the maximum size of the detection area of one hybrid detector is limited by its maximum technically achievable size. A typical technical limit in the manufacture of leader chips is in cm 2 (leader chips are often molded with squares having dimensions of 20 × 20 mm 2 ). In larger areas, the probability of manufacturing defects is already high and manufacturing becomes inefficient. Therefore, the larger detection area must be configured as a mosaic of several individual hybrid detectors. Each hybrid detector of this mosaic becomes a section of a larger detection area. Thus, hereinafter, the term “detector section” will refer to a hybrid detector that is part of a larger detection area.
したがって、連続的な画像を形成する、より大きな検出領域(より大きな検出領域とは領域が1つの検出器区分の領域よりも大きいことを意味する)を構成する間、個々の検出器区分を平坦母材内へ組み付けることにより、検出器区分を検出器面内に組み合わせることを可能にするシステムを使用する。リーダ・チップ周縁の接点は、平坦母材内のバスに接続される。 Thus, individual detector segments are flattened while forming a larger detection region (a larger detection region means that the region is larger than the region of one detector segment) that forms a continuous image. By assembling into the matrix, a system is used that allows the detector sections to be combined in the detector plane. The contacts on the periphery of the leader chip are connected to a bus in the flat base material.
検出領域のモザイク構造内で対処しなければならない問題は、検出器区分の公知の解決策が、非反応(不感)縁部を有するセンサ層を使用するため、センサ層の領域全体からの放射線の検出及び画像の設計を可能にしないということである。これにより、個々の検出器区分の周縁の周りにいわゆるデッド・ゾーン縁部又は枠が生じ、このデッド・ゾーン縁部又は枠は、画像を個々のチップの個々の画像区分に分割し、一貫した画像の生成を不可能にする。 The problem that must be addressed in the mosaic structure of the detection area is that the known solution of the detector section uses a sensor layer with non-reactive (dead) edges, so that radiation from the entire area of the sensor layer It does not allow detection and image design. This creates a so-called dead zone edge or frame around the perimeter of the individual detector section, which divides the image into individual image sections of the individual chips and consistently Make image generation impossible.
国際特許出願である国際公開第95/33332号(特許文献1)による、モザイク状に組み立てた検出器区分センサ層の非反応縁部からデッド・ゾーン又は枠をなくす解決策は、より多くの検出器区分層を垂直に含むモザイクにあり、検出器区分の列は、底部列の縁部が上側列の縁部に底部から重なるように互いに重なる。検出領域及び走査対象は、互いに対して同時に移動させる。個々の検出器区分からの表示装置を構成するソフトウェアを相対的に移動する様々な位置で使用することで、走査物体の、デッド・ゾーンがない連続的な画像を生成する。この解決策の欠点は、検出器の操作に、相対移動を生成する較正機器及び適切な専用ソフトウェアを必要とすることであり、そのため、そのような検出器の製造及び操作は複雑で費用が掛かる。非反応縁部を張り出すことで、周辺領域における検出器の感度も低下させる。 A solution that eliminates dead zones or frames from the non-reactive edges of a mosaic-assembled detector segmented sensor layer according to international patent application WO 95/33332 is more detection. The detector section rows are in a mosaic that includes the detector section layers vertically, and the detector section rows overlap each other such that the bottom row edges overlap the top row edges from the bottom. The detection area and the scanning object are moved simultaneously with respect to each other. The software that makes up the display from the individual detector sections is used at various relatively moving positions to produce a continuous image of the scanned object, free of dead zones. The disadvantage of this solution is that the operation of the detector requires a calibration instrument that generates relative movements and appropriate dedicated software, so that the manufacture and operation of such a detector is complex and expensive. . Overhanging the non-reactive edge also reduces the sensitivity of the detector in the surrounding area.
例えば公開済み特許出願である欧州特許第0421869(A1)号(特許文献2)及び米国特許出願公開第2001/0012412(A1)号(特許文献3)によるモザイク型検出器の他の公知の解決策は、モザイクのより効率的な生成、及び個々の検出器区分の周縁部から底部支持母材のバスへの出力ワイヤのより容易な接続のために、階層を有する構成の検出器区分を使用している。 Other known solutions for mosaic detectors, for example according to published patent applications EP 0421869 (A1) and US 2001/0012412 (A1) Uses detector sections in a hierarchical configuration for more efficient generation of mosaics and easier connection of output wires from the peripheral edge of the individual detector sections to the bottom support matrix bus. ing.
これらの文献による検出器区分は、一方の側の正方形又は長方形検出器区分の底部リーダ・チップが上側センサ層に張り出すように構成される。この張出し部により階層が形成され、階層内では、第1に、出力ワイヤがリーダ・チップからバスに通じ、第2に、複合モザイク内のこの階層は、隣接する検出器区分の縁部によって張り出される。検出器区分は、個々の列によってモザイク状に積層され、それぞれの階層の張出し部は、次の列が常に前の列に重なるように、列の一方の側に向ける。検出領域において、それぞれ段が付いた階層を有する列の構成は、検出器区分の傾斜角が最小であり、デジタル画像の生成に容易に修正できるので、欠陥のある画像をもたらさない。しかし、この解決策でさえ、感応層上の非感応材料の場所のために、感度の低下がこうした領域内で生じる。 The detector sections according to these documents are configured such that the bottom reader chip of the square or rectangular detector section on one side overhangs the upper sensor layer. This overhang forms a hierarchy, in which the output wire leads from the leader chip to the bus, and second, this hierarchy in the composite mosaic is stretched by the edge of the adjacent detector section. Is issued. The detector sections are stacked in a mosaic pattern with individual columns, and the overhangs in each layer are directed to one side of the column so that the next column always overlaps the previous column. In the detection area, the configuration of the columns with a stepped hierarchy does not result in a defective image, since the tilt angle of the detector section is minimal and can be easily corrected for the generation of digital images. However, even with this solution, a loss of sensitivity occurs in these areas due to the location of the non-sensitive material on the sensitive layer.
米国特許出願公開第2001/0012412(A1)号の文献による検出器の構成が公知であり、この構成では、下側母材は、検出器区分列が段状又は平面上に重なるように形成され、一方で各検出器区分は交換可能である。この目的で、各検出器区分は、ねじによって母材底部に組み付けたチップ支持体上に締結される。チップ支持体は、表示領域を段状にすべきか実質的に平坦にすべきかに応じて、平坦であってもくさび形であってもよい。チップ支持体と下側母材との間には、各チップ支持体用導電性接点との絶縁層が挿入される。チップ支持体は、チップ支持体へと通じる読取りチップの出力導体のためのバスとしても働く。特許文献3によるデバイスは、一貫した画像の作成におけるデッド・ゾーンの問題を部分的に解消しているが、個々の検出器区分センサ層の縁部が張り出す領域、即ち検出器面の個々の列の列内にすぎない。こうした区分は、側縁部を近接して並べて設置するにもかかわらず、それぞれの側縁部に沿った領域は、走査物体の最終画像内にデッド・ゾーンを形成する非反応面を依然として示す。一貫した画像の作成におけるこれらのデッド・ゾーンは、デジタル画像では、ぼやけ、重複することになってしまうが、このことは、医療又は探傷で使用する場合、得られた画像が不正確であるという点で深刻な問題である。特許文献3による解決策で使用される検出器区分の非反応縁部は、検出器区分センサ層の製造時に生じる。センサ層の個々の区分は、より大型の板の材料の切断によって製造され、これにより切断部に隣接する領域内の材料に損傷が生じる。このため、正方形又は長方形区分のそれぞれの辺の縁部に沿った細い領域は、非反応性であり、放射線を検出できない。特許文献3による解決策は、特許文献1による解決策の欠点の一部を解消できるが、これらの解決策は、走査物体の連続的な画像におけるデッド・ゾーンの存在という基本的な問題を解消しておらず、したがってこの解決策は、走査物体の一貫した、実物のような画像をもたらさない。 A configuration of a detector according to the document of US Patent Application Publication No. 2001/0012412 (A1) is known, and in this configuration, the lower base material is formed such that detector section rows overlap in a step shape or a plane. However, each detector section is interchangeable. For this purpose, each detector section is fastened on a chip support assembled to the base of the base material by means of screws. The chip support may be flat or wedge shaped depending on whether the display area should be stepped or substantially flat. Between the chip support and the lower base material, an insulating layer with each chip support conductive contact is inserted. The chip support also serves as a bus for the output conductor of the read chip that leads to the chip support. The device according to U.S. Pat. No. 6,057,077 partially eliminates the dead zone problem in creating a consistent image, but the area where the edges of the individual detector segment sensor layers overhang, i.e. the individual detector surfaces. It is only within the column. Although these sections are placed side by side in close proximity, the area along each side edge still exhibits a non-reactive surface that forms a dead zone in the final image of the scanned object. These dead zones in the creation of consistent images will be blurred and overlapping in digital images, which means that the resulting images are inaccurate when used in medical or flaw detection. This is a serious problem. The non-reactive edge of the detector section used in the solution according to US Pat. Individual sections of the sensor layer are produced by cutting the material of the larger plate, which causes damage to the material in the area adjacent to the cut. For this reason, the thin area along the edge of each side of the square or rectangular section is non-reactive and radiation cannot be detected. Although the solution according to US Pat. No. 6,057,834 can eliminate some of the disadvantages of the solution according to US Pat. No. 5,099,096, these solutions eliminate the basic problem of the presence of dead zones in continuous images of scanned objects. This solution therefore does not result in a consistent, real image of the scanned object.
特許文献3による解決策の別の欠点は、個々の検出器区分の支持体が検出器面の母材内に取り外し可能に固定されるにもかかわらず、特定の固定位置にのみ固定されるということにあり、このことは、検出器区分を側部に位置決めし検出器区分の相互の側方への間隙を制限することを可能にしない。このことは、検出器区分の間に空隙をもたらし、連続的なデジタル画像の生成を妨げる他のデッド・ゾーンを形成する。 Another drawback of the solution according to US Pat. No. 6,057,089 is that the support of the individual detector sections is fixed only in a specific fixing position, despite being removably fixed in the matrix of the detector surface. In particular, this does not make it possible to position the detector sections on the sides and limit the gaps between the detector sections to each other. This creates voids between detector sections and creates other dead zones that prevent the generation of continuous digital images.
したがって、本発明は、公知の解決策の欠点を解消し、デッド・ゾーンを補償するための余分なハードウェア・リソース又はソフトウェア・リソースを必要とせず、完全に一貫した実物のような走査物体のデジタル画像の作成を可能にする電離放射線検出器をもたらすことである。 Thus, the present invention eliminates the drawbacks of known solutions, does not require extra hardware or software resources to compensate for dead zones, and provides a completely consistent real-world scanning object. It is to provide an ionizing radiation detector that allows the creation of digital images.
公知の検出器の上記の欠点は、本発明による検出器によって解消される。走査物体の一貫したデジタル画像を可能にする電離放射線検出器は、ハードウェア・リソース及びソフトウェア・リソースを使用して表示領域と接続可能な母材及び検出領域を含む。検出領域は、正方形又は長方形のモザイク状に配置した半導体画素検出器区分から構成され、これらは、並べて列に配置される。各検出器区分は、一方の側のリーダ・チップの縁部が、センサ層の縁部に張り出し、次の隣接する検出器区分列の縁部を角度を付けて係合する階層を生成し、出力導体が階層の領域内のリーダ・チップの周縁から通じるように、リーダ・チップ上に配置したセンサ層から構成される。各検出器区分は、母材に取り外し可能に取り付けたチップ支持体上に組み付けられる。 The above-mentioned drawbacks of known detectors are overcome by the detector according to the invention. An ionizing radiation detector that enables a consistent digital image of a scanned object includes a matrix and a detection area that can be connected to a display area using hardware and software resources. The detection area is composed of semiconductor pixel detector sections arranged in a square or rectangular mosaic, and these are arranged side by side. Each detector section creates a hierarchy in which the edge of the reader chip on one side overhangs the edge of the sensor layer and engages the edge of the next adjacent detector section row at an angle, It is composed of a sensor layer arranged on the reader chip so that the output conductor leads from the periphery of the reader chip in the region of the hierarchy. Each detector section is assembled on a chip support that is removably attached to the matrix.
本発明による検出器の本質は、検出器区分センサ層が、センサ層の周縁を構成する領域を含めた領域全体にわたって反応し、母材が、隣接し合う検出器区分センサ層の間の相互の間隙を1画像画素サイズよりも小さい値に制限する、少なくとも1つの検出器区分位置決め手段を備えることを特徴とする。この構成の利点は、センサ層の縁部がデッド・ゾーン又は非反応枠を一切生成しないこと、及び隣接し合う検出器区分の間の空隙を最小にし、隣り合わせに緊密に配置することによって、検出領域が、ハードウェア又はソフトウェアによる修正を必要とせずに、走査物体全体の連続し一貫した画像を捕捉できることである。 The essence of the detector according to the invention is that the detector segment sensor layer reacts over the entire region including the region that forms the periphery of the sensor layer, and the matrix is mutually connected between adjacent detector segment sensor layers. It comprises at least one detector segment positioning means for limiting the gap to a value smaller than one image pixel size. The advantage of this configuration is that the edge of the sensor layer does not create any dead zones or non-reactive frames, and the gap between adjacent detector sections is minimized and placed closely next to each other. The region is capable of capturing a continuous and consistent image of the entire scanned object without the need for hardware or software modifications.
本発明による検出器の好ましい実施形態では、母材と関連する検出器区分位置決め手段は、母材の平面において座標系の4方向への可動性を有して配置される。位置決め手段のこの構成により、隣接し合う検出器区分センサ層の間の空隙は、長手方向及び横方向で低減できる。 In a preferred embodiment of the detector according to the invention, the detector segment positioning means associated with the base material are arranged with mobility in the four directions of the coordinate system in the plane of the base material. With this configuration of positioning means, the air gap between adjacent detector section sensor layers can be reduced in the longitudinal and lateral directions.
本発明による検出器の別の好ましい実施形態では、検出器区分位置決め手段は、少なくとも1つの列支持体を構成し、少なくとも1つの列支持体は、母材に対し選択位置内で相対的に移動し係止する可能性を有して母材に取り付けられる。列支持体内には、検出器区分チップがあり、検出器区分チップは、検出器区分の前縁が列支持体の輪郭線に張り出し、階層及び出力導体ワイヤを有する検出器区分の後縁が列支持体上に置かれるように、チップ支持体上に緊密に隣接し平行に配置される。本発明のこの好ましい実施形態は、1つの列における検出器区分センサ層の側部が、間隙を実質的に有さずに緊密に一緒に保持され、列支持体上に直接組み付ける位置に取り付けることができるという知見に基づくものである。それでもなお、個々の列の間の空隙、即ち、1つ目の列において階層を有する検出器区分の後縁部と、2つ目の平行な列における検出器区分の前側の張出し部との間の空隙は、センサ層、それぞれの検出器区分の特定の位置及び寸法公差に従って制限されなければないが、このことは、有利には、位置の調節、係止が可能な列支持体を使用して実装できる。 In another preferred embodiment of the detector according to the invention, the detector section positioning means constitutes at least one row support, the at least one row support being moved relative to the base material in a selected position. It is attached to the base material with the possibility of locking. Within the column support is a detector segmentation chip, which has a leading edge of the detector segment that projects into the contour of the column support and a trailing edge of the detector segment having a hierarchy and output conductor wires. It is placed closely adjacent and parallel on the chip support so as to be placed on the support. This preferred embodiment of the present invention is such that the sides of the detector segment sensor layers in one row are held together tightly with substantially no gap and mounted in a position for assembly directly on the row support. It is based on the knowledge that it is possible. Nevertheless, the gap between the individual rows, i.e. between the trailing edge of the detector section having a hierarchy in the first row and the front overhang of the detector section in the second parallel row. The air gap must be limited according to the sensor layer, the specific position and dimensional tolerances of each detector section, which advantageously uses a column support that can be adjusted and locked in position. Can be implemented.
列支持体が、垂直部分及び水平部分を有する「L」字外形で断面形状を有する長手方向外形によって形成され、チップ支持体が、四辺形断面を有し、互いに隣接する列支持体の「L」字外形内に組み付けられる場合、有利である。同時に、チップ支持体の側縁部は、「L」字外形としての側縁部と共に配置され、チップ支持体の上側縁部は、「L」字外形の上側縁部と同じレベル又はそれよりも高いレベルに配置される。検出器区分は、「L」字外形の側縁部及びチップ支持体の側縁部と比較すると、階層内で隣接する列に配置される検出器区分を配置するための張出し部を示す。「L」字形の列支持体の生成は、個々の列の間で水平及び垂直に母材空間を使用するのに最適である。 The column support is formed by a longitudinal profile having a cross-sectional shape with an “L” profile having a vertical portion and a horizontal portion, and the chip support has a quadrilateral cross section and the “L” of adjacent column supports. It is advantageous if it is assembled in a "" profile. At the same time, the side edge of the chip support is arranged with the side edge as an “L” profile, and the upper edge of the chip support is at the same level as or higher than the upper edge of the “L” profile. Placed at a high level. The detector section shows an overhang for placing detector sections arranged in adjacent rows in the hierarchy, as compared to the side edges of the “L” profile and the side edges of the chip support. The generation of “L” shaped column supports is optimal for using the matrix space horizontally and vertically between individual columns.
構造的観点からは、検出器区分の張出し部の長さは、階層の長さと列支持体の「L」外形の垂直部分の幅との和と等しいか又はこの和よりも大きい場合、有利である。張出し部の長さが同じである場合、列の間に空隙は生成されない。張出し部の長さが階層の長さと列支持体の「L」字外形垂直部分の幅との和よりも大きい場合、1つの列内の列支持体の側縁部及びチップ支持体と、隣接する列支持体の縁部との間に、技術的通路が形成され、この技術的通路は、機械的位置決め空間としての他に、例えばバス路のための検出器を冷却する冷却路等の空間としても使用できる。 From a structural point of view, it is advantageous if the length of the overhang of the detector section is equal to or greater than the sum of the layer length and the width of the vertical part of the “L” profile of the column support. is there. When the length of the overhang is the same, no gap is generated between the rows. When the length of the overhang portion is larger than the sum of the length of the layer and the width of the vertical portion of the “L” -shaped outer shape of the column support, adjacent to the side edge of the column support and the chip support in one column In addition to the mechanical positioning space, a technical passage is formed between the edge of the row support and the space, for example a cooling passage for cooling the detector for the bus passage. Can also be used.
本発明による検出器の別の好ましい実施形態では、チップ支持体は、固定ねじにより列支持体の「L」字外形の水平部に組み付けられ、ねじ頭は、列支持体の下側に配置される。チップ支持体は、様々な様式で組み付けることができるが、組付けねじが好ましい。というのは、チップ支持体の組立て又は分解が、欠陥のある又は損傷した検出器区分を取り換える際、迅速で簡単であるためである。 In another preferred embodiment of the detector according to the invention, the chip support is assembled to the horizontal part of the “L” profile of the column support by means of a fixing screw, the screw head being arranged on the underside of the column support. The The chip support can be assembled in various ways, but an assembly screw is preferred. This is because the assembly or disassembly of the chip support is quick and simple when replacing defective or damaged detector sections.
構造的観点からは、チップ支持部の上側縁部が列支持体の上側縁部にわたって延在する場合も有利である。こうして、列支持体の上側縁部には空隙が形成され、この空隙の中に、検出器区分の出力線を接続するバスが格納される。 From a structural point of view, it is also advantageous if the upper edge of the chip support extends over the upper edge of the column support. Thus, an air gap is formed at the upper edge of the column support, in which the bus connecting the output lines of the detector sections is stored.
列支持体の別の好ましい実施形態は、列支持体の位置決め調節及びその後の係止の可能性という観点では、列支持体が少なくとも2つの楕円調節孔を備える一方で、調節カムが、母材の外側からアクセス可能な調節部を用いて、母材内に格納された各開口内に嵌合でき、列支持体が、少なくとも1つの締結ねじによって母材に締結されるようなものである。個々の列の相対位置を調節し、隣接し合う列内の検出器区分センサ面の間の間隙を最小にする際、列支持体の位置は、楕円調節孔内の調節カムを回転させることによって設定でき、得られた最適位置において、列支持体は、組付けねじの締結によって係止される。 Another preferred embodiment of the column support is that in terms of the possibility of alignment adjustment and subsequent locking of the column support, the column support comprises at least two elliptical adjustment holes, while the adjustment cam comprises a base material With an adjustment part accessible from the outside, it can be fitted into each opening stored in the base material, and the row support is fastened to the base material by at least one fastening screw. In adjusting the relative position of the individual rows and minimizing the gap between the detector section sensor surfaces in adjacent rows, the position of the row support is adjusted by rotating the adjustment cam in the elliptical adjustment hole. In the optimum position that can be set and obtained, the column support is locked by fastening of the mounting screws.
列支持体の取扱いを容易にし、最適位置の迅速な設定を達成するために、列支持体が検出器区分列の両側に長手方向に張り出す場合、有利であり、各張出し領域には、列支持体を長手方向に移動させるための1つの楕円開口があり、列支持体の中央部分には、列支持体を横方向に移動させるための1つの楕円開口がある。 In order to facilitate the handling of the column support and to achieve a quick setting of the optimum position, it is advantageous if the column support extends longitudinally on both sides of the detector section row, and each overhang region has a row There is one elliptical opening for moving the support in the longitudinal direction, and in the central part of the row support there is one elliptical opening for moving the row support in the lateral direction.
列支持体が、母材に埋入された少なくとも1つの可撓性要素上に配置される場合も有利であり、垂直方向への間隙を取り除き、列支持体を母材内に保持する組付けねじが緩むのを防止するようにする。 It is also advantageous if the column support is arranged on at least one flexible element embedded in the matrix, removing the vertical gap and holding the column support in the matrix Try to prevent the screws from loosening.
可撓性要素は、好ましくは弓状断面をもつ金属可撓性箔であり、金属可撓性箔のアーチ下の空洞は、検出器を冷却する冷却路を備えることができる。 The flexible element is preferably a metal flexible foil having an arcuate cross section, and the cavity under the arch of the metal flexible foil can be provided with a cooling path for cooling the detector.
検出器区分が接着剤によってチップ支持体に締結される場合も有利である。このことは、検出器区分とチップ支持体との組立体の絶対的な寸法安定性を達成する。検出器区分に、寸法の障害又は欠陥がある場合、検出器区分とチップ支持体とを有する組立体全体を交換し、新たな検出器区分は、導体の出力部によってバスに再度接続する。 It is also advantageous if the detector section is fastened to the chip support with an adhesive. This achieves absolute dimensional stability of the detector section and chip support assembly. If the detector section has a dimensional obstruction or defect, the entire assembly with the detector section and the chip support is replaced and the new detector section is reconnected to the bus by the output of the conductor.
本発明の他の好ましい実施形態では、列支持体は、母材内の階層を有する半分溝内に格納され、隣接する検出器区分の段を有する階層凹部内に検出器区分の張出し部を重ねることによって形成された高さの差を解消するようにする。最後に、チップ支持体及び列支持体の母材は、アルミニウム合金製である場合、有利である。 In another preferred embodiment of the invention, the column support is housed in a half-groove having a level in the matrix, and the overhanging portion of the detector section is overlaid in a hierarchical recess having a step in the adjacent detector section. The difference in height formed is eliminated. Finally, it is advantageous if the base material of the chip support and row support is made of an aluminum alloy.
母材は、平坦体として構成された、検出器の古典的な設計のものであり、検出面は、実質的に平坦形状として形成される。 The base material is of the classic design of the detector, configured as a flat body, and the detection surface is formed as a substantially flat shape.
一部の用途、例えばコンピュータ断層撮影法又はX線回折では、母材を、n個の等辺等角縁部をもつ一部分として、成形体として形成した場合、有利であることがあり、n個の辺の各壁には、検出器区分を有する列支持体によって形成、嵌合される半分溝がある。n個の縁部の壁、及び隣接し合う検出器区分の法線は、一緒に頂角を包囲し、したがって検出器区分列は、n個の縁部の内側壁を形成する。本実施形態は、隣接し合う列内のチップのセンサ層の間に高さの差のない検出面の作成を可能にする。 For some applications, such as computed tomography or X-ray diffraction, it may be advantageous if the matrix is formed as a molded part as a part with n equilateral equiangular edges, Each side wall has a half groove formed and fitted by a row support having detector sections. The n edge walls and the normals of adjacent detector sections together enclose the apex angle, so that the detector section row forms the inner wall of the n edges. This embodiment allows the creation of a detection surface with no height difference between sensor layers of chips in adjacent rows.
n個の縁部の形態の検出器の別の好ましい実施形態では、n個の縁部の壁は、真っすぐではなく、凸面又は凹面に湾曲し、好ましくは円筒面の一部である。同じことは、列支持体及び半分溝の湾曲し当接する部分にも当てはまる。 In another preferred embodiment of the detector in the form of n edges, the walls of the n edges are not straight but are curved convexly or concavely, preferably part of a cylindrical surface. The same is true for the curved support portions of the row supports and half grooves.
本発明による検出器の好ましい特定の実施形態では、検出器領域の平面における、隣接し合う列の隣接し合う検出器区分センサ層の間に、典型的には画素サイズよりも著しく小さい値である30μm未満の空隙がある。この空隙のサイズは、機械部品製造の正確さによってのみ設計される。したがって、以下の最少空間を有する検出領域全体は、完全に反応性である。 In a preferred specific embodiment of the detector according to the invention, between adjacent detector segment sensor layers in adjacent rows in the plane of the detector region, typically a value significantly smaller than the pixel size. There are voids less than 30 μm. The size of this gap is designed only by the accuracy of machine part manufacturing. Thus, the entire detection area with the following minimal space is completely reactive.
垂直方向(即ちセンサ層の面に対して直交する)では、隣接し合う列のセンサの個々の面の高さの差は、典型的には100から200μmの範囲内であり、この値は、画像化に使用されるセンサ層の典型的な厚さ(300μm以上)よりも小さい。したがって、検出器面全体は、0.4から0.8°の傾斜面に傾斜できる。個々の列の間のこの垂直変位の最小値は、読取りチップの最小厚さ(典型的には50〜120μm)及びリーダ・チップの周縁部を接続する導体の厚さ(典型的には30μm)によって決定される。 In the vertical direction (ie perpendicular to the plane of the sensor layer), the difference in height between the individual faces of adjacent rows of sensors is typically in the range of 100 to 200 μm, and this value is Less than the typical thickness (300 μm or more) of the sensor layer used for imaging. Therefore, the entire detector surface can be inclined to an inclined surface of 0.4 to 0.8 °. The minimum value of this vertical displacement between the individual rows is the minimum thickness of the reading chip (typically 50-120 μm) and the thickness of the conductor connecting the periphery of the reader chip (typically 30 μm). Determined by.
検出器は、任意の数の列からモザイク状に組み立てることができ、各列は、任意の数の検出器区分と嵌合できる。検出領域の最大寸法は、いかようにも制限されない。1つの列を取り外した後、損傷した検出器区分があれば適切なチップ支持体と共に取り外すことができる。チップ支持体及び列支持体を通じた検出器区分と母材との接点は、熱伝達の点で良好な特性を有し、効率的な温度制御、即ち検出器の冷却を可能にする。 The detectors can be assembled in mosaic from any number of rows, and each row can be mated with any number of detector sections. The maximum size of the detection area is not limited in any way. After removing one row, any damaged detector sections can be removed with the appropriate chip support. The contact between the detector section and the base material through the chip support and row support has good properties in terms of heat transfer and allows efficient temperature control, i.e. cooling of the detector.
センサ層がその縁部領域を含めて完全に反応性であり、間隙が最小である、緊密で調節可能な検出器区分の構成は、特殊なハードウェア・リソース又はソフトウェア・リソースを使用せず、走査物体の完全に連続したデジタル画像の作成を可能にする。 The configuration of the tight and adjustable detector section, where the sensor layer is fully responsive, including its edge area, with minimal gaps, does not use any special hardware or software resources, Allows creation of a completely continuous digital image of the scanned object.
本発明は、以下の図面によってより明らかに示される。 The invention is more clearly shown by the following drawings.
以下で説明し、例示する本発明の特定の例は、例示目的で提示するものであり、こうした例のみに対する本発明の例の限定として提示するものではないことを理解されたい。技術状態を熟知している専門家であれば、日常の実験を通して、本明細書で説明する本発明の特定の実現形態に対するより多数又はより少数の等価物がわかるはずである又はこれらを決定できるであろう。こうした等価物も、以下の特許請求の範囲内に含まれるものとする。 It should be understood that the specific examples of the invention described and illustrated below are presented for illustrative purposes and are not presented as a limitation of the examples of the invention to these examples only. Those skilled in the state of the art should know or be able to determine, through routine experimentation, more or fewer equivalents to the specific implementations of the invention described herein. Will. Such equivalents are intended to be encompassed in the scope of the following claims.
図1から図9に示す検出器1は、X線検出器として形成されるが、適切なセンサ層5の使用により、他の種類の放射線の検出に適合させることもできる。検出器1の基部は、アルミニウム合金製の母材10から構成され、母材10は、個々の列4に配置したモザイク状検出器区分3を支持する。各検出器区分3は、14.253×14.253mmの寸法の単一半導体チップによって形成した正方形半導体画素センサ層5を含む。センサ層5は、センサ層5の周縁部に直に隣接する領域を含めたセンサ層5の領域全体にわたり反応性である。センサ層5を備える正方形チップは、大きな面積の材料を分割することによって製造し、分割線領域内の反応性センサ層5を劣化させない分割技術を使用する。
The
センサ層5は、接触母材30を使用し、センサ層5の下に配置したリーダ・チップ6と接続される。例えばMedipix2/Timepix型であるチップ・リーダ6は、一方の側で正方形センサ層5に張り出し、階層7を生成する。階層7の領域内のチップ・リーダ6の縁部から、薄い出力導体8が延在する。リーダ・チップ6は、アルミニウム合金製で立方体形状を有するチップ支持体9の上側面上に接着剤17で接合される。センサ層5及び読取りチップ6は、階層7の反対側で、突出部16によってチップ支持体9に張り出す。突出部16の端部は、区分列4において検出器区分3の階層7内に嵌合する。
The
図1から図9は、平坦検出器1の一実施形態を示す。母材10は、半分溝29を階層内に形成したアルミニウム平坦体である。各半分溝29内には、組付けねじ25により締結した、列4支持体11があり、この支持体11は、「L」字外形のアルミニウムから構成され、弓状断面をもつ可撓性金属アーチである可撓性要素26の上に設置される。アーチ箔の空洞は、例えば検出器1を気体媒体によって冷却する場合、冷却路28としても働き得る。各列4支持体11は、母材10に関連して位置決めでき、適切な列4は、列4の間が最小間隔で適切な位置内に設定できる。調節は、支持体11内の楕円調節孔22、23を通じて、調節カム24を使用して行い、調節カム24は、母材10内に設置され、調節孔22、23内に嵌合される。調節カム24及び組付けねじ25は、母材10の外側から操作される。
1 to 9 show an embodiment of the
接着剤で留めた検出器区分3を有するチップ支持体9は、列4支持体11内に互いに隣り合って緊密に設置され、こうして検出器表面2の単一の列4を形成する。チップ支持体9を列4支持体11へ組み付けることは、組付けねじ18を使用して実行され、この組付けねじ18は、列4支持体11を貫通し、チップ支持体9のねじ穴20内に嵌合する。列4支持体11を母材10から取り外した後、組付けねじ18を緩めて、欠陥のある検出器区分3を有する適切なチップ支持体9を分解し、新しいチップ支持体9と交換できる。
The
列4支持体11における検出器区分3の相互構成は、検出器区分の張出し部16の長さLが、階層7の長さlと、列4支持体11の外形「L」の垂直部の幅との和よりも大きいようなものである。列4支持体11の上側縁部15上には、検出器区分3の出力導体8を接続するバス21が設置される。隣接し合う列4支持体11の間には、電子部品を設置するための技術的通路27を形成する。
The mutual configuration of the
図10は、平面検出器表面2の詳細を断面で示し、隣接し合う列4における隣接し合う検出器区分3センサ表面5の相対位置を示す。検出面2の平面内で隣接し合う列4における検出器区分3センサ層5の間の側部の間隙xは、20μmである。検出面(2)に直交する平面内で隣接し合う列4における、検出器区分3センサ層5の間の側部の高さの差yは、200μmである。検出領域2の傾斜角βは、0.8°である。
FIG. 10 shows the details of the
図11は、検出器1の実施形態の別の例を示す。母材10は、ここでは平坦体によって形成されず、12辺の正角柱筐体の一部の形状体によって形成される。内側の角柱の各壁は、半分溝29を保持し、半分溝29は、チップ支持体9上の検出器区分3を有する列4支持体11と共に置かれる。隣接し合う壁と半分溝29と検出器区分3との法線N1からNnは一緒に、頂角αを包囲する。列4支持体11は、以前の例のように形成、位置決めされる。別の代替形態では、母材10の本体は、n個の縁部をもつ、真っすぐではない凸状又は凹状のもの、例えば円筒面の一部の形状のものでもよい。これらの形状は、半分溝29及び列4支持体11の嵌合部品のように適切に修正される。
FIG. 11 shows another example of an embodiment of the
本発明による電離放射線検出器は、特に生物学、生物工学、医療、探傷、非破壊材料検査、製品の品質管理の分野及び他の領域において、走査物体の一貫したデジタル画像を生成するために使用できる。 The ionizing radiation detector according to the invention is used to generate a consistent digital image of a scanned object, especially in the fields of biology, biotechnology, medical care, flaw detection, non-destructive material inspection, product quality control and other areas. it can.
1 検出器
2 検出領域
3 検出区分
4 検出区分の列
5 センサ層
6 リーダ・チップ
7 階層
8 出力導体
9 チップ支持体
10 母材
11 列支持体
12 チップ支持体の側縁部
13 列支持体の側縁部
14 チップ支持体の上側縁部
15 列支持体の上側縁部
16 検出区分の張出し部
17 接着剤
18 チップ支持体の組付けねじ
19 チップ支持体の組付けねじのねじ頭
20 チップ支持体の組付けねじのねじ穴
21 バス
22 楕円調節孔
23 楕円調節孔
24 調節カム
25 列支持体の組付けねじ
26 可撓性要素
27 技術的通路
28 冷却路
29 半分溝
30 接触母材
L 検出器区分の張出し部の長さ
l 検出器区分の階層の長さ
s 支持体垂直部の幅
x 隣接し合う列の検出器区分センサ層の間の側方間隙
y 隣接し合う列の検出器区分センサ層の間の高さの差
β 検出領域の傾斜角度
N1 n個の縁部の一部の形状をもつ検出器の1番目の壁の法線
Nn n個の縁部の一部の形状をもつ検出器のn番目の壁の法線
α 法線Nによって包囲された頂角
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